第二章 混凝土钢筋性能

1、第2章 混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.3 钢筋与混凝土的粘结性能钢筋与混凝土的粘结性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。成的，属于复合材料。一 混凝土强度(Strength of Concrete)混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心

2、抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度混凝土复合（多轴）强度混凝土复合（多轴）强度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-axial Strength 一、混凝土的强度一、混凝土的强度1、混凝土强度等级、混凝土强度等级-立方体抗压强度立方体抗压强度混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用立方体抗压

3、强度来划分的混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体试件，在立方体试件，在203，相对湿，相对湿度度90%以上潮湿空气中养护以上潮湿空气中养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.30.8N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的，两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的的立方体抗压强度，用符号立方体抗压强度，用符号C表示，如：表示，如：C30表示表示fcu,k=30N/mm2 影响立方体抗压强度的因素：影响立方体抗压强度的因素：试验方法：压力机垫板的试验方法：压力机垫板的横向摩擦约束横向摩擦约束，造成混凝土试块端部处，造成混凝土试块端部处在

4、在多轴受力状态多轴受力状态，就象在试件上下端各加了一个，就象在试件上下端各加了一个套箍套箍，致使破坏，致使破坏时形成时形成两个对顶的角锥两个对顶的角锥破坏面，破坏面，抗压强度高于抗压强度高于无约束情况。无约束情况。不涂润滑剂涂润滑剂未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2、棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度-轴心抗压强度轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一

5、般为h/b=23，我国通常取，我国通常取150mm150mm300mm的棱柱体试件。的棱柱体试件。承压板试块ckc1c2cu,k0.88ff c1棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；c1C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。第二章 钢筋和混凝土的材料性能3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与

6、抗拉强度有关。承载力均与抗拉强度有关。 500 150 15010016轴心受拉试验cu,k0.550.45tkc20.88 0.395(1 1.645 )ff第二章 钢筋和混凝土的材料性能拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度试验测定混凝土的抗拉强度劈拉试验PaP第二章 钢筋和混凝土的材料性能二、混凝土的变形二、混凝土的变形变形是混凝土的一个重要力学性能变形是混凝土的一个重要力学性能。混凝混凝土变土变形形受力变形受力变形一次短期加载、荷载长期作用和多次重复一次短期加载、荷载长期作用和多次重复加

7、载作用下产生的变形。加载作用下产生的变形。体积变形体积变形硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化。硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化。1. 1. 一次短期加载作用下混凝土的变形性能一次短期加载作用下混凝土的变形性能（1） 混凝土受压时的应力应变关系混凝土受压时的应力应变关系Stress- strain Relationship02468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝

8、土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、

9、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应

10、力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土s sB约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土s sB可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现

11、多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e = (23) e e 0，应力应力s s = (0.40.6) fc。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的 增大。增大。对横向变形加以约束对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展，从而，就可以限制微裂缝的发展，从而 可提高

12、混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱 体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和 破坏形态的不同。破坏形态的不同。混凝土局部受压强度混凝土局部受压强度fcl 比比轴心抗压强度轴心抗压强度 fc 大很多，大很多，也是因为局部受压面积以也是因为局部受压面积以 外的混凝土对局部受压区外的混凝土对局部受压区 域内部混凝土微裂缝产生域内部混凝土微裂缝产生 了较强的约束。了较强的约束。图 2-10 局部受压试件不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力-应变关系曲线应变关系曲线

13、强度等级越高，上强度等级越高，上升段和峰值应变的升段和峰值应变的变化不显著，但，变化不显著，但，下降段的形状有较下降段的形状有较大的差异，强度越大的差异，强度越高，下降段越陡，高，下降段越陡，即延性越差。即延性越差。（2） 应力应变曲线的数学模型应力应变曲线的数学模型美国美国E. Hognestad建议的模型建议的模型uuccffeeeeeeeseeeeees0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fcsee0eu德国德国Rush建议的模型建议的模型uccffeeeseeeeees00200 0 200.0020.0035 fcsee0eu混凝土设计规范混凝土

14、设计规范模型模型上升段：)1 (1 0ncccfees0ee下降段：ccfsueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20se（3） 混凝土的模量混凝土的模量seEc= tan 弹性模量（原点模量）弹性模量（原点模量）Elastic Modulu

15、s0sesddEcseEc= tan 2切线模量切线模量Tangent ModulusesddEc escEeeelacEcEseEc= tan 1割线模量割线模量(变形模量）变形模量）Secant Moduluselae弹性系数弹性系数 (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小随应力增大而减小 =10.5ccEE弹性模量测定方法)N/mm(7 .342 . 21025cucfE标准尺寸的棱柱体试件（标准尺寸的棱柱体试件（150mm 150mm 300mm)，加载至，加载至0.4fc，然后卸载至然后卸载至0，重复加卸载，重复加卸载5次。应力应变曲线稳定为直线的斜

16、率即次。应力应变曲线稳定为直线的斜率即为弹性模量。为弹性模量。se0.4fc5次2. 2. 荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能徐变徐变Creep结构或材料承受的荷载不变，而应变和变形随时间增长的现象结构或材料承受的荷载不变，而应变和变形随时间增长的现象称为徐变。徐变主要与时间参数有关。称为徐变。徐变主要与时间参数有关。徐变的不利之处徐变的不利之处：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。有利之处有利之处：徐变有利于结构构件产生

17、内（应）力重分布，降低徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力，减小大体积混凝土的温度应力。结构的受力，减小大体积混凝土的温度应力。影响徐变的因素：影响徐变的因素：内在因素内在因素； 环境因素环境因素； 应力因素应力因素。影响影响徐变徐变的因的因素：素：a. 应力大小应力大小应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐应力越大徐变也越大；当应力较小时，徐变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变变与应力成正比，称为线形徐变，应力较大时，徐变变形比应力增长要快，称为非线形徐变。形比应力增长要快，称为非线形徐变。b. 加载龄期加载龄期龄期越早，徐变越大；龄期越早，徐变越大；c.混凝土的

18、制作方法、养护条件混凝土的制作方法、养护条件特别是养护时的温度特别是养护时的温度和湿度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水和湿度对徐变有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，泥水化作用充分，徐变越小。受荷后，环境温度越高，湿度越低，则徐变越大；湿度越低，则徐变越大；d. 骨料弹性性质骨料弹性性质骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；石徐变的约束作用越大，混凝土徐变越小；e.混凝土组成混凝土组成水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；徐变越大

19、；f. 构件的形状、尺寸构件的形状、尺寸大尺寸试件内部失水受到限制，大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小。徐变减小。第二章 钢筋和混凝土的材料性能3 3、混凝土的收缩、混凝土的收缩Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。将使混凝土中产生拉应力，甚

20、至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。会引起不利的内力。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.1 钢 筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线图 2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝第二章 钢筋和混凝土的材料性能热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级，新增HRBF335、HRB500、HRBF400、HRBF500HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率95%）HPB300级： fyk = 300 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB4